软土地基技术在高速公路施工中的应用

刘晰

摘要:本文结合工程实例介绍了高速公路工程施工中软土地基的处理。重点对软粘土地基地质勘察、高速公路软土地基的沉降计算、公路软基路堤沉降动态控制三个方面做出了论述，供同行参考。

关键词:软土地基；沉降速率；动态控制；超固结

中图分类号：U416文献标识码：A

随着经济发展速度越来越快，人们对如何节约时间也越来越关注。高速公路是节约时间促进社会发展的重要桥梁之一，近年来我国对高速公路的建设更为重视。其高速公路对地基变形的要求甚高，既要保证在路基填筑过程中及路堤永久荷载作用下地基的稳定性，更应减少或消除工后沉降量，避免桥涵与路段连接处出现过大的沉降差和沿路段纵向、横向的不均匀沉降，防止运行后出现桥头跳车、路面不平整和开裂损坏等现象。

为了控制引起路面变形的工后沉降量，应准确推算最终沉降量和求得路堤在不同历时加载强度下地基的固结度。然而，在设计阶段，总沉降量及其工后沉降量的大小是通过沉降固结计算求得的，估算结果是否与今后实测值相符，涉及很多因素，关系到工后沉降量控制的成败。由于高速公路软基成带状分布，线长且地质变化复杂，增大了技术的难度。以下从勘察设计、施工管理的现状出发，对软土地基工程地质勘察、软粘土地基加固方案的合理选择、软土工程特性及沉降动态控制和路基施工控制标准分别进行探讨。

一、软粘土地基工程地质勘察

设计提供的工程地质勘察报告除提供土工试验成果总表外，还按标段分层提供试验成果统计表。但对于天然地基土，即使取自同一分层的土样，它们的试验指标往往差异也很大，这种差异是各个土样自身性质差异的反映，不能完全单纯归结于试验误差。因此把这种分层统计指标或代表性压缩曲线推广到全标段沉降计算的做法，经多条高速公路实践证明，与实际观测成果有较大的差别，甚至严重失真。

因此合理的勘探思路应该是采用较多的鉴别孔进行普遍勘察与技术孔相结合的方法，选择具有操作简单、性能良好的鉴别孔对全线软粘土层，特别是土层变化复杂地段进行详细划分，以便确定软土层的深度和范围、测定某项土性参数，十字板及静力触探试验均属此类。而在控制断面则以技术孔作为原状取土孔，提供基础的设计参数，掌握各土层的物理力学特性，以期达到快速、可靠、经济的目的。技术孔的具体位置应在构造物(桥、涵、通道)、土层变化复杂的地段等位置选取。

二、高速公路软土地基的沉降计算

1、应力历史对粘性土压缩性的影响

土工试验表明经历不同应力历史的天然土层，具有不同的压缩特性，通过对某高速公路原钻探试验成果的分析，发现某地区软粘土层处于超固结状态，其程度由东向西逐渐增强。超固结比由上向下减小，深度达7～20m，进而在优化设计中采用了能考虑超固结土压缩特性的沉降量估算方法，使沉降量的估算成果更加符合实际。因此定量地测定应力历史对粘性土压缩特性的影响，并在设计及施工中加以考虑，是一项具有实际意义的工作。

2、成层软土地基固结特性

在该高速公路沿线的土层属于成层地基的情况，大都在层间存在粉质土层，厚度从数厘米至十几米。透水性强的砂性土不但自身压缩量小，且压缩稳定快，即使是5cm左右的砂层，它的排水能力有助于对加速土层的固结。故建议在设计中对Ip<7、颗粒级配中粘粒含量又小于10%的土层可作为相对排水层处理，以起到缩短排水距离，加快地基固结的作用。

三、高速公路软基路堤沉降动态控制方法

1、最终沉降量的推算

在路堤的实际施工中，大多采用多级加载方式，各级荷载的起止时段一般相差较大，再加上软土层埋深的不同，现场实测沉降过程线大多呈多折式沉降递增型曲线，每加一次荷载，就出现沉降量明显加快的过程，若不再加载，经历一定历时后，沉降速率随之放慢。为了提高推算成果的质量，首先必须十分重视沉降板、杆的埋设和连接质量以及沉降观测的精度，只有在地基经受包括路面荷载在内的全荷载作用后，当荷载恒定，实测到具有精度较高的历时3个月以上的2～3次沉降观测成果方能外延和推算，推算方法则依据收敛规律来选择。一般采用双曲线法或指数法推算最终沉降量，采用最终沉降量的推算方法，理论上比较合理，但由于各种原因，如施工过程造成观测点破坏，沉降资料不连续，实际操作比较困难时，一般采用比较方便的沉降速率控制法。

2、沉降动态控制方法

在分析了大量高速公路现场实测沉降曲线基础上，推算了各典型断面观测点满足工后沉降时对应的沉降速率值，以其作为施工控制标准。即按3～4等水准测量精度的月沉降速率作为施工控制标准。以下是具体步骤与方法：

路堤填筑期加（2）堆、等载预压期（3）超载预压期（4）填筑沥青混凝土下面层的条件是，当路堤施工至基层顶面后，在原地面连续2个月的实测沉降速率应小于3mm/月；

（5）为满足车辆在桥头高速行驶过程的平稳、舒适，在桥头有搭板设置的情况下，桥头沉降引起纵坡变化必须小于Δi=0.4%～0.6%，沉降差应小于3～4cm，作为初期养护处理标准。按上述控制标准，对路堤施工全过程实施动态有效控制，在满足施工总工期和允许工后沉降量的前提下，确保各结构层的施工厚度，达到路面一次铺筑成功和路面工程厚度变动量最小的目的。

结束语

从公路勘察设计、施工管理现状出发，提出合适的勘探手段和勘探技术，掌握沿线复杂软粘土的深度、分层及各土层的物理、力学特性，选择考虑不同应力压缩特性的沉降计算方法，以优化软土地基处理。也可达到快速、可靠、经济地提供成果的目的；定量测定应力历史对粘性土压缩。 特性的影响，选择能考虑这一特性的沉降估算方法，使沉降量估算成果更符合实际，方案选择更合理；针对不同施工工期，结合高速公路工程实际，采取优化设计地基处理方法。从路基开始施工起，进行动态观测，分析其变化规律，为进一步优化各种处理方法和后期再加载处理提供了依据，可达到处理效果好、工程质量高的目的；通过现场观测资料表明，对路堤施工全过程实施沉降动态控制，即堆、等载工况下，桥头沉降速率按0.3cm/月、路段按0.5mm/月，在超载工况下按0.8cm/月进行控制，可确保路面结构层施工厚度变动量最小，桥头工后沉降小于3～4cm。通过某高速公路按上述标准进行动态控制证明，合格率达95%～99.2%。说明提出的控制标准能有效减少工后沉降量，保证了工程质量，为推广应用提供了依据。